冰蓄冷疫苗冷库保温性能实验研究

邵超 赵帅 赵有信 马永志 贺素艳

摘  要：在一些用电紧张的地区，冷库中添加冰蓄冷装置可以有效地提高冷库的存储效果，与传统冷库相比，冰蓄冷冷库对冷库保温性能要求更高。为了提高冰蓄冷冷库的保温性能，文章利用红外热像仪，对冰蓄冷冷库内部和外部不同部位的漏冷问题进行研究，通过研究发现，冷库库门位置和库板拼接处冷量损失严重。在此基础上，针对冷库门和库板拼接处的漏冷问题提出优化方案，提高冰蓄冷冷库的保温性能，保证存储物品的质量。

关键词：冰蓄冷冷库;红外热成像仪;保温性能;性能优化

Abstract：In some areas where electricity is tight，adding ice storage devices to the cold storage can effectively improve the storage effect of the cold storage. Compared with the traditional cold storage，the ice storage cold storage has higher requirements on the thermal insulation performance of the cold storage. In order to improve the thermal insulation performance of the ice storage cold storage，this article uses infrared thermal imaging cameras to study the leakage of cold inside and outside different parts of the ice storage cold storage. Through the research，it is found that the cold storage door position and the storage plate splicing place have a serious loss of cooling capacity. Based on this，an optimization scheme is proposed for the problem of cold leakage at the junction of the cold storage door and the storage plate to improve the thermal insulation performance of the ice storage cold storage and ensure the quality of the stored items.

Keywords：ice storage cold storage;infrared thermal imager;thermal insulation performance;performance optimization

0  引  言

在一些用電紧张的地区，冷库等冷藏设备一般为压缩式制冷，耗电量极大，利用传统冷库存储生鲜农产品和疫苗等医疗制品往往会因为电力不足而出现问题，所以在传统的冷库中加入冰蓄冷装置可以大大缓解峰谷时段电力负荷不平衡的矛盾，在用电高峰期，制冷装备无法工作的情况下，冰蓄冷装置利用冰的相变吸收热量，从而保证冷库内部的温度平衡。在制冷装备无法工作，冰蓄冷装置工作时的情况下，冷量完全由冰的相变提供，这对冷库保温性的要求要比传统冷库的更高。

在此之前，有很多学者针对于冷库的保温性做了很多研究，例如，郑大宇等人[1]建立了冷库的保温结构的研究模型，并利用该模型对冷库的保温性能进行了分析。邓兆虎[2]等人提出一种采用热煤油进行加热的方法，提高冷库门框的保温性能。罗金凤[3]利用一维非稳态热湿耦合模型，对保温材料的吸湿特性对冷库能耗的影响进行了分析研究。方璐[4]针对运行一年的冷库进行开门试验和断电实验，从而对冷库的性能进行验证。巩增友等人[5]用传热学理论讨论了不同保温材料及不同厚度对微型冷库运行过程中热负荷的影响，很多学者对提高冷库的保温性做了大量研究，但忽略了冷库运行时具体的漏冷部位。

本文为青岛大学机电工程学院院级科研项目，利用红外热像仪装置对正在运行中的冰蓄冷冷库内部和外部进行实验，对冰蓄冷冷库各个位置的温度进行测试，根据温度比较，确定漏冷部位，从而针对漏冷位置提出优化方案，有针对性地提高冰蓄冷冷库的保温性能，保证存储物品的质量。

1  实验方法与仪器

1.1  实验环境与方法

实验选取青岛某冰蓄冷冷库为研究对象，实验冷库内部的平均温度为16.5 ℃。外界环境平均温度为37.0 ℃。利用Fluke Ti27红外热成像仪拍摄冷库内各个位置，根据热像仪拍摄的图片中冷库内的不同温度，分析出冷库的漏冷情况。

1.2  实验仪器

图1为实验使用的Fluke Ti27红外热成像仪，红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统接收被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。

2  实验结果与分析

图2～图4为冷库内部拍摄的热像图，分别为库门，冷库库顶和幕帘的热像图。此时冷库内部的平均温度为16.5 ℃。外界环境平均温度为37.0 ℃。

由图2可知冷库门在关闭的情况下，冷库库门的缝隙与冷库内仍有较高的温差，可以很明显地看出整个门框存在漏冷现象，在库门左上角出现最高的温度为26.0 ℃，与最低处温度相差7.7 ℃。

图3为冷库库顶的热像图，由图3可以看出，在库角位置和库顶与蒸发盘管连接处温度较高，存在较为严重的漏冷情况，库顶角温度与最低处温度相差2.4 ℃，库顶与蒸发盘管连接处的温度与最低处温度相差4.8 ℃。从这两处可以估计出，冷库内四个顶角处和库顶与蒸发盘管连接处都存在不同情况的漏冷。

图4为冷库内幕帘的热像图，在冷库库门前方中加入幕帘，当开门时能有效地阻挡冷库内空气与外界空气进行热量交换，从而减少冷量损失。由图4可以看出，当幕帘未完全封闭时，幕帘的保温作用大大降低，不能实现阻挡库内库外空气的热量交换的作用，大量冷量通过幕帘缝隙流失。图中最高温度为21.4 ℃，最低为15.4 ℃，两者温差为6.0 ℃。

图5～图7为冷库外部的热像图，图5为冷库库板拼接处的热像图，从图5中可以看出，在三块库板结合的地方，温度最低，存在严重的漏冷情况，图5中最低温度为32.1 ℃，最高温度为35.5 ℃，温差为3.4 ℃。

图6为从外部拍摄的冷库库门的热像图，从图6可以看出，冷库门缝隙的温度最低，为29.4 ℃，图6中最高温度为35.4 ℃，二者相差6.0 ℃。图2和图6分别是从冷库内部和外部拍摄的库门热像图，可以看出，冷库门缝隙存在严重的漏冷情况。

图7为冷库开门时的热像图，当人为打开库门的时候，从图7可以看出，冷库内部的冷空气从库门底部进入外界，带走了大量的冷量。如果开门时间过长，会造成很严重的冷量损失。图7中最低温度为19.8 ℃，最高温度为36.6 ℃，温度相差16.8 ℃。

实验分别针对冷库内部的冷库门、冷库顶部、冷库内幕帘，冷库外部的保温板，库板拼接处，冷库库门和冷库开门时的不同情况拍摄了热像图，通过分析可以看出，这几个部位都存在程度不同的漏冷情况。漏冷位置主要集中在冷库库门、库板拼接处，对这两个部位进行优化，从而提高冷库的保温性能。

3  冷库保温性能优化

3.1  冷库门的优化

从图2、图6可知，当库门關闭时，大量的冷量通过库门的缝隙流失，使得冷库内部温度提高。从图7看出，当冷库门打开时，冷库内外冷热交换，会造成冷量损失。在冷库内部靠近库门的位置加入幕帘，幕帘从冷库顶部落到地面，可以起到阻挡冷库内外界冷热交换的作用。但从图4可以看出，幕帘无法保证完全闭合，起不到隔绝内外部空气的作用。针对这些问题对冷藏门进行以下优化：

（1）冷库门一般分为小型、中型、大型和超大型四种，在符合设计要求和满足使用的前提条件情况下应尽量减小冷库门的尺寸大小，选取合适的高度很重要，有研究表明，库门的高度比库门的宽度对于冷库漏冷的影响大得多;

（2）冷库门边缘安装密封条，利用弹性使门缝紧闭，对冷库门定期进行有效的维护，确保冷藏门无故障启闭，定期检查密封条性能，随时处理冰、霜、水，保持冷藏门的严密性，防止运输工具碰撞库门;

（3）尽量减少开门次数和开门时间，做到进、出随手关门，在库门外侧设高效空气幕，并保证安装正确，运转正常。空气幕是利用空气射流形成幕状分布而减少或隔绝外部气流侵入的有效措施，它具有无色透明、不遮视线、工作稳定可靠等优点。在库门外侧加入空气幕还可以有效地防止库门出现冷桥现象。

3.2  冷库库板拼接处优化

从图3和图6可以看出，冷库库板拼接处漏冷情况严重。想要减少这部分的漏冷，提出以下几点优化：

（1）冷库选用高性能聚氨酯保温板，高性能聚氨酯保温板密度小、材料轻。密度在35～40 kg/m3，其导热系数仅为0.018～0.024 W/（m·K），是目前低温、超低温冷库所选用的库体保温材料中导热系数最低的，而且其与其他保温材料相比较，具有高强度、低吸湿性、气密性、良好的防火性能、无毒性、无刺激性以及无生物寄生性、加工多样性、优良的建筑性能等诸多优点;

（2）采用两冷库板对接后偏心钩连接，冷库板缝处外涂密封胶处理，避免漏冷现象，这种施工工艺安装时节约工时，适用于无墙冷库板固定装置的工程;

（3）采用两聚氨酯冷库板块的对接后铆接，中间灌注聚氨酯发泡剂进行整体发泡，使冷库的所有冷库板块都连接为一个整体，然后在冷库的内外冷库板缝处涂防水密封膏或使用H型铝插条，这样处理杜绝了水分通过冷库板缝向保温夹芯的渗透，有力地提高了冷库的保温性能。并在内外角部采用金属角条、铆钉固定，提高了库体的整体刚度。

4  结  论

在冰蓄冷冷库运行过程中利用红外热成像仪拍摄冷库内各个位置，根据热像仪拍摄的图片中冷库内的不同温度，分析出冷库的漏冷情况，得出以下结论：

（1）冷库门在关闭时，库门无法完全密闭，会造成冷量的损失。为了提高冷库的保温性能，保证冷库内温的度均匀性和稳定性，必须要提高冷库门的密闭性，定期检查。在满足使用的前提下，尽量减少门的尺存;

（2）冷库门在开启式，冷库内外冷热交换，外界的热空气会进入冷库内部，库内的冷空气进入外面，并带走大量水蒸气，从而破坏库内的温度平衡。因此尽量减少开门次数和开门时间，在库门外侧设高效空气幕;

（3）库板拼接处是一个较为严重的漏冷位置，为减少漏冷，冷库选用高性能聚氨酯保温板和不同的拼接方式，减少拼接处的漏冷。

参考文献：

[1] 郑大宇，王冠弘，刘卫党，等.冷库保温结构优化分析 [J].哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2011，27（3）：339-341.

[2] 邓兆虎，江发生.冷库门的保温装置研究与开发 [J].现代制造工程，2011（8）：132-135.

[3] 罗金凤，苏向辉.保温材料的吸湿特性对冷库能耗的影响 [J].建筑技术，2012，43（7）：608-610.

[4] 方璐.冷库的性能验证试验 [J].东方食疗与保健，2016（9）：33.

[5] 巩增友，刘斌，关文强，等.微型保鲜冷库的保温性能研究 [J].天津农业科学，2003，9（2）：12-15.

作者简介：邵超（1995.02—），男，汉族，山东青岛人，硕士研究生，研究方向：制冷与低温工程;通讯作者：贺素艳（1967.08—），女，汉族，河北唐山人，副教授，研究生导师，工学博士，研究方向：能源与动力工程的热力系统动态特性。